49

Elektronika dla nieelektroników

Elektronika dla Wszystkich

Prezentowany prosty uk³ad jest niezwyk³ym

generatorem, którego czêstotliwoœæ jest p³yn-

nie przestrajana w górê i w dó³ za pomoc¹

sensorów dotykowych. Odpowiednie dobra-

nie parametrów uk³adu powoduje, ¿e modu³

szczególnie dobrze nadaje siê do naœladowa-

nia syren policyjnych. Du¿a szybkoœæ prze-

strajania oraz mo¿liwoœæ prze³¹czenia zakresu

czêstotliwoœci za pomoc¹ jumperka pozwala-

j¹ wytwarzaæ setki rozmaitych niesamowitych

sekwencji dŸwiêków i gwarantuj¹ œwietn¹

zabawê.

Uk³ad jest pe³nowartoœciowym generato-

rem VCO (generator przestrajany napiêciem)

i mo¿e byæ wykorzystany do najrozmaitszych

celów praktycznych. Obecnoœæ dodatkowego

dzielnika czêstotliwoœci i mo¿liwoœæ do³¹cze-

nia szeregu ró¿nokolorowych diod LED jesz-

cze bardziej zwiêkszaj¹ atrakcyjnoœæ uk³adu.

Elementy nale¿y wlutowaæ w p³ytkê

w kolejnoœci podanej w wykazie na koñcu

artyku³u. Jako S1, S2 mog¹ pracowaæ typowe

przyciski nazywane microswitch, ale niepo-

równanie szersze mo¿liwoœci ma uk³ad, gdzie

S1, S2 s¹ czujnikami dotykowymi. Dlatego

w miejsce S1, S2 nale¿y wlutowaæ po dwa

kawa³ki drutu, jak pokazuj¹ fotografie mode-

lu. Podczas montowania uk³adu nale¿y zwra-

caæ szczególn¹ uwagê na sposób wlutowania

elementów biegunowych: kondensatorów

elektrolitycznych, tranzystorów, diody oraz

uk³adów scalonych, których wyciêcia w obu-

dowie musz¹ odpowiadaæ rysunkowi na p³yt-

ce drukowanej.

Po zmontowaniu uk³adu trzeba bardzo sta-

rannie skontrolowaæ, czy aby elementy nie

zosta³y wlutowane w niew³aœciwym kierunku

lub w niew³aœciwe miejsca oraz czy podczas

lutowania nie powsta³y zwarcia punktów

lutowniczych. Po skontrolowaniu poprawnoœ-

ci monta¿u mo¿na do³¹czyæ Ÿród³o zasilania:

bateriê 9-woltow¹ lub inne Ÿród³o napiêcia

(4,5V…15V). Uk³ad zmontowany prawid³o-

wo ze sprawnych elementów nie wymaga

¿adnej regulacji i od razu bêdzie poprawnie

pracowa³.

Po w³¹czeniu zasilania nale¿y dotykaæ na

przemian czujników S1, S2, co zaowocuje

zmianami wysokoœci dŸwiêku. Gdyby zmiany

by³y powolne, nale¿y zwil¿yæ (np. poœliniæ)

palce. Czêstotliwoœæ migotania niebieskiej

diody LED bêdzie proporcjonalna do wyso-

koœci dŸwiêku. W wersji podstawowej

z membran¹ piezo PCA-100, na pocz¹tek nie

nale¿y zwieraæ ko³ków J1 (ew. za³o¿yæ jum-

per na jeden ko³ek, ¿eby siê nie zawieruszy³).

Warto te¿ przeprowadziæ próby przy za³o¿o-

nym jumperku, gdy czêstotliwoœci pracy bêd¹

ni¿sze – ten tryb pracy przewidziany jest

g³ównie do wspó³pracy z g³oœnikiem.

NN

NN

ii

ii

ee

ee

zz

zz

w

w

w

w

yy

yy

kk

kk

³³

³³

aa

aa

„„

„„

nn

nn

ii

ii

ee

ee

bb

bb

ii

ii

ee

ee

ss

ss

kk

kk

aa

aa

””

””

,,

,,

dd

dd

oo

oo

tt

tt

yy

yy

kk

kk

oo

oo

w

w

w

w

aa

aa

ss

ss

yy

yy

rr

rr

ee

ee

nn

nn

aa

aa

pp

pp

oo

oo

ll

ll

ii

ii

cc

cc

yy

yy

jj

jj

nn

nn

aa

aa

- Uniwersalny generator VCO

Wspania³y uk³ad do rozrywki i eksperymentów z tajemniczym

generatorem VCO. Fascynuj¹ca syrena sterowana dotykowo,

z dodatkow¹ niebiesk¹ diod¹ LED. Znakomicie imituje syreny

policyjne. Wytwarza setki innych niesamowitych dŸwiêków.

Generator przestrajany napiêciem jest p³ynnie przestrajany

za pomoc¹ sensorów. Dotkniêcie palcem jednego sensora

zwiêksza czêstotliwoœæ dŸwiêku,drugiego - zmniejsza.

Uk³ad pozwala zagraæ prost¹ melodiê lub charakterystyczn¹

sekwencjê dŸwiêków. Znakomity uk³ad do eksperymentów

z dŸwiêkiem. Dodatkowe efekty modulacji dŸwiêku s¹ mo¿liwe

dziêki sprzê¿eniu zwrotnemu - na p³ytce przewidziano

dodatkowe pola dotykowe. Modu³ doskonale nadaje siê

do roli uniwersalnego generatora sterowanego napiêciem (VCO).

Miganie niebieskiej diody LED wspó³pracuj¹cej z dzielnikiem

czêstotliwoœci wizualnie odwzorowuje czêstotliwoœæ

generowanego dŸwiêku. Wersja standardowa wspó³pracuje

z przetwornikiem piezo (rodziny PCA-100). Opcjonalnie

mo¿e wspó³pracowaæ z miniaturowym g³oœnikiem

lub g³oœnikiem tubowym. Zalecany zakres napiêæ zasilania

3V ... 12V. Pobór pr¹du przy 9V - poni¿ej 12mA.

AA

AA

VV

VV

TT

TT

--

--

77

77

44

44

00

00

50

Elektronika dla nieelektroników

Elektronika dla Wszystkich

Bardzo interesuj¹ce efekty modulacji

dŸwiêku uzyskuje siê, dotykaj¹c jednym pal-

cem któregoœ z sensorów S1, S2, a drugim –

wyjœcia Q9 lub Q10 scalonego dzielnika U2.

W tym celu przewidziano dodatkowe czujniki

w postaci „wysokich” zwór wlutowanych

w miejsce na rezystory R12, R13 – patrz

fotografia 3. Warto te¿ poeksperymentowaæ

z jeszcze innymi sposobami modulacji, co da

ró¿ne niesamowite sygna³y dŸwiêkowe.

Tylko dla dociekliwych

– dzia³anie uk³adu

Sercem urz¹dzenia jest uk³ad scalony CMOS

4046, który zawiera w sobie dobrej jakoœci

generator przestrajany napiêciem (VCO –

Voltage Controlled Oscillator). O chwilowej

czêstotliwoœci pracy decyduje napiêcie na

nó¿ce 9 (wejœcie VCIN). Napiêcie bliskie zeru

daje minimaln¹ czêstotliwoœæ, napiêcie bliskie

dodatniej szyny zasilania – maksymaln¹. Czês-

totliwoœæ maksymaln¹ wyznacza rezystor R16,

natomiast minimaln¹ – rezystor R17. Zakres

czêstotliwoœci pracy jest wyznaczony przez

pojemnoœæ do³¹czon¹ do nó¿ek 6, 7, czyli

przez kondensator C3, ewentualnie te¿ C2. Bez

jumpera, gdy do³¹czony jest tylko kondensator

C3, czêstotliwoœæ maksymalna wynosi kilka

kiloherców (w modelu ponad 5kHz), a po do³¹-

czeniu C2 maksymalna czêstotliwoœæ spada do

oko³o 1kHz (w modelu 1,2kHz). W praktyce

mo¿e tu wyst¹piæ spory rozrzut, poniewa¿ pro-

ducenci uk³adu CMOS 4046 nie gwarantuj¹

jednakowych w³aœciwoœci swoich kostek.

Na schemacie elementy S1, S2 s¹ naryso-

wane jako przyciski, jednak w modelu powin-

ny to byæ czujniki dotykowe, maj¹ce po dwie

elektrody. Dotkniêcie palcem dwóch elektrod

przycisku oznacza, ¿e przez rezystancjê skóry

zaczyna p³yn¹æ pr¹d. Rezystancja skóry mo¿e

wynosiæ od kilkudziesiêciu kiloomów do

kilku megaomów, zale¿nie od stopnia wilgot-

noœci skóry. Przy dotkniêciu czujnika S1 kon-

densator C6 bêdzie siê ³adowa³ i czêstotli-

woœæ (wysokoœæ) dŸwiêku bêdzie

ros³a. Przy dotkniêciu S2 kondensator

C6 zacznie siê roz³adowywaæ i czês-

totliwoœæ bêdzie mala³a. Obecnoœæ

rezystorów R1, R2 o du¿ych wartoœ-

ciach gwarantuje, ¿e kondensator C6

nawet przy zwarciu S1 czy S2 nie

zostanie prze³adowany gwa³townie,

tylko na tyle p³ynnie, ¿e da to ³adny

efekt stopniowej zmiany czêstotli-

woœci dŸwiêku.

W uk³adzie sygna³ z wyjœcia gene-

ratora VCO (z nó¿ki 4) jest podawa-

ny wprost na wejœcie licznika CMOS

4040. Dodatkowo podany jest te¿ na

wejœcie bramki EXOR (na nó¿kê 3).

Dopiero z wyjœcia tej bramki (z nó¿ki

2) sygna³ jest podawany na bufor

z dwóch tranzystorów T1, T2. Prze-

twornik (membranê) piezo nale¿y

do³¹czyæ do punktów B, O1. W zasa-

dzie przy wykorzystaniu membrany

piezo z rodziny PCA-1xx, mo¿na

by³oby zrezygnowaæ zarówno z C4

(zast¹piæ zwor¹), jak i obu tranzysto-

rów, czyli pod³¹czyæ membranê piezo

wprost do nó¿ki 2 kostki U1. W bufo-

rze przewidziano jednak kondensator

separuj¹cy C4 oraz tranzystory

BC338/BC328, które s¹ znacznie

„mocniejsze” ni¿ popularne BC548/

BC558 i pozwalaj¹ wprost wystero-

waæ g³oœnik 8Ω 1W do³¹czony do punktów B,

O1.

Miniaturowy g³oœnik 8Ω 0,25W powinien

byæ do³¹czony przez rezystor R3 do punktów

A, O1. ObecnoϾ rezystora R3 ogranicza

wprawdzie g³oœnoœæ dŸwiêku, ale te¿ zmniej-

sza pobór pr¹du do wartoœci rzêdu 20...30mA,

co pozwala zasilaæ uk³ad nawet z ma³ej

9-woltowej baterii. W modelu wystêpuje rezys-

tor R3 o wartoœci a¿ 100Ω - przy wspó³pracy

z g³oœnikiem do³¹czonym do punktów A, O1

wydzieli siê w nim oko³o 0,25W mocy strat.

W module przewidziano dodatkowy dziel-

nik czêstotliwoœci U2 – CMOS 4040. Dziêki

temu oprócz przebiegu wprost z generatora

dostêpne s¹ te¿ przebiegi o czêstotliwoœciach

2, 4, 8, 16, ... 2048, 4192 razy mniejszych.

Testy modelu pokaza³y, ¿e warto do³¹czyæ

diodê LED do wyprowadzenia Q8 – wtedy

maksymalna czêstotliwoœæ migotania diody

jest rzêdu 20Hz, co jest wyraŸnie widoczne,

poniewa¿ nie wchodzi jeszcze w grê bezw³ad-

noϾ oka ludzkiego.

Uk³ad modelowy z membran¹ piezo i jedn¹

niebiesk¹ diod¹ LED pobiera przy zasilaniu 9V

od 7,5 do 12mA pr¹du, zale¿nie od czêstotli-

woœci pracy. Przy napiêciu zasilania 12V pobór

pr¹du nie przekracza 15mA. Pobór pr¹du mo¿na

znacz¹co zmniejszyæ, usuwaj¹c diodê LED.

1

2

3

51

Elektronika dla nieelektroników

Elektronika dla Wszystkich

Mo¿liwoœci zmian

Przede wszystkim mo¿na œmia³o zmieniaæ

wartoœci R16 i R17 w zakresie 10kΩ...22MΩ.

Za pomoc¹ R16 dobiera siê maksymaln¹

czêstotliwoœæ, potem za pomoc¹ R17 – mini-

maln¹. Rezystor R16 jest niezbêdny do pracy,

natomiast R17 mo¿na usun¹æ – wtedy przy

nieskoñczenie wielkiej rezystancji R17 czês-

totliwoœæ minimalna bêdzie równa zeru (testy

modelu wykaza³y jednak, ¿e warto zastoso-

waæ rezystor R17 o wartoœci 1MΩ...22MΩ).

Mo¿na te¿ œmia³o dowolnie zmieniaæ war-

toœci elementów C3 i C2 w zakresie

470pF...1uF, co zmieni zakres czêstotliwoœci

pracy.

Wartoœci R1, R2 i C6 zosta³y dobrane pod-

czas testów modelu, niemniej jeœli ktoœ chce,

mo¿e zmieniaæ wartoœæ C6 w szerokim zakre-

sie 47nF...1uF, a nawet szerszym. Zwiêksze-

nie pojemnoœci C6 spowolni reakcjê –

zmniejszy szybkoœæ zmian czêstotliwoœci

dŸwiêku. Zmniejszenie pojemnoœci umo¿liwi

szybsz¹ reakcjê uk³adu (szybsze zmiany czês-

totliwoœci), ale te¿ zwiêkszy podatnoœæ na

przydŸwiêk sieci 50Hz.

Po sprawdzeniu dzia³ania z dostarczon¹

w zestawie membran¹ piezo, warto wypróbo-

waæ efekty uzyskiwane z g³oœnikiem. G³oœnik

o opornoœci 8...16Ω i o mocy co najmniej 2W

mo¿na do³¹czyæ wprost do punktów B, O1, co

oczywiœcie wi¹¿e siê ze wzrostem poboru

pr¹du. W zasadzie mo¿e to byæ dowolny g³oœ-

nik, ale najlepsze efekty, do z³udzenia przy-

pominaj¹ce syreny policyjne, mo¿na uzyskaæ

z g³oœnikiem tubowym, bo takie w³aœnie g³oœ-

niki pracuj¹ w radiowozach. Testy modelu

wykaza³y, ¿e znakomite parametry uzyskuje

siê w szerokim zakresie napiêæ zasilania i to

zarówno z membran¹ piezo, jak i z g³oœnikiem.

Uk³ad prawid³owo wspó³pracuje z 8-omowym

g³oœnikiem tubowym ju¿ przy napiêciu zasila-

nia 3V (!) i pobiera wtedy poni¿ej 50mA

pr¹du. Przy napiêciu 4,5V pobiera poni¿ej

0,12A, przy 9V poni¿ej 0,2A, przy 12V do

0,27A, a przy „samochodowym” napiêciu

14,4V pobór pr¹du nie przekroczy³ 0,32A.

Mo¿liwe jest wiêc zasilanie z baterii. Przy

wy¿szych napiêciach nale¿y zwa¿aæ na tem-

peraturê tranzystorów, które mog¹ byæ gor¹ce.

Niebieska dioda LED stanowi jedynie

dodatkowy gad¿et, niemniej sygna³y z wyjœæ

kostki U2 mo¿na dowolnie wykorzystaæ

w powa¿niejszych aplikacjach. Kto chce,

mo¿e te¿ wlutowaæ kilka rezystorów i ró¿no-

kolorowych diod, byle nie za du¿o, by nie

przegrzaæ licznika U2.

Piotr Górecki

Wykaz elementów

(w kolejnoœci lutowania)

KKoom

mpplleett ppooddzzeessppoo³³óóww zz pp³³yyttkk¹¹ jjeesstt ddoossttêêppnnyy ww ssiieeccii hhaannddlloowweejj AAVVTT jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy AAVVTT--774400..

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

zwora miêdzy U1, U2
zwora ko³o T1
zwora ko³o C1
dwie zwory w miejsce S1
dwie zwory w miejsce S2
R1 – 1MΩ (br¹z-czar.-ziel.-z³oty)
R2 – 1MΩ (br¹z-czar.-ziel.-z³oty)
R3 – 100Ω (br¹z-czar.-br¹z.-z³oty)
R11 – 470Ω (¿ó³ty- fiolet.-br¹z.-z³oty)
R16 – 100kΩ (br¹z-czar.-¿ó³ty.-z³oty)
R17 – 22MΩ (czerw.- czerw.-nieb.-z³oty)
„wysoka” zwora w miejsce R12
„wysoka” zwora w miejsce R13
podstawka pod U1
podstawka pod U2
C1 – 100nF ceramiczny (mo¿e byæ oznaczony 104)
C2 – 10nF (mo¿e byæ oznaczony 103)
C3 – 3,3nF (mo¿e byæ oznaczony 332)
C6 – 220nF (mo¿e byæ oznaczony 224)
J1 – wlutowaæ 2 goldpiny
T1 – BC338 (BC337)
T2 – BC328 (BC327)
C4 – 220uF/16V (lub na napiêcie wy¿sze)
C5 – 470uF/16V (lub na napiêcie wy¿sze)
D8 – LED 3mm niebieska
punkty B, O1 - przewód do przetwornika piezo
do³¹czyæ przetwornik piezo PCA100-09 (niski)
do³¹czyæ z³¹czkê baterii (tzw. „kijankê”)
za³o¿yæ jumper na 1 ko³ek J1 (wg fotografii)
w³o¿yæ do podstawki U1 – CMOS 4046
w³o¿yæ do podstawki U2 – CMOS 4040

4

5